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Giampaolo Zuccheri

Ricercatore confermato

Dipartimento di Farmacia e Biotecnologie

Settore scientifico disciplinare: CHEM-05/A Chimica organica

Temi di ricerca

1) Nanotecnologie basate sul DNA
2) Microscopia a forza atomica e tecniche correlate
3) Biosensori

1)       DNA Nanotechnology:

Il DNA e gli altri acidi nucleici sono le molecole che immagazzinano e codificano l'informazione genetica degli organismi viventi. Se osservati dal punto di vista di un chimico, le molecole di acidi nucleici sono un modo estremamente efficiente per immagazzinare un codice di autoassemblaggio specifico tra un numero pressoché infinito di molecole diverse. Oltre a poter programmare l'assemblaggio di queste molecole, il chimico ne conosce anche la struttura e, sfruttandola, può arrivare a costruire nanooggetti della geometria controllata. La ricchezza strutturale del DNA consente anche di costruire nano motori, nano interruttori o di effettuare calcoli grazie all'assemblaggio del DNA. Nel prossimo futuro, l'autoassemblaggio sarà sfruttato per organizzare oggetti funzionali nello spazio, verso la costruzione di nano fabbriche molecolari che possano ottenere funzionalità avanzate, secondo una strategia non dissimile da quella che anche le cellule sfruttano coordinando (funzionalmente e spazialmente) gli enzimi e le altre molecole che ne controllano la funzionalità.

In questa linea di ricerca, il mio laboratorio mira a comprendere pianificare e verificare gli eventi di autoassemblaggio programmato degli acidi nucleici. Strutture rigide basate sula creazione di giunzioni ramificate di DNA permettono il controllo della geometria dei nanooggetti assemblati. Gli oligonucleotidi costituenti saranno decorati con molecole organiche o proteine per conferire funzionalità desiderate ed innovative ai nanooggetti sintetizzati secondo questa strategia bottom-up.


2) Atomic Force Microscopy:

Nel nostro laboratorio sono da tempo in sviluppo le tecnologie basate sulla tecnologia della microscopia a forza atomica. Questa è umpiegata per lo studio della struttura e del comportamento delle molecole biologiche, per la caratterizzazione dei materiali, per lo studio delle interazioni tra materiali e biomolecole. Questa linea di ricerca comprende sia lo sviluppo della strumentazione, che dei protocolli operativi e dell'elaborazione dei dati.

La ricerca si svolge verso la caratterizzazione degli acidi nucleici (strutture naturali e di sintesi) e di proteine, anche mediante la tecnologia della 'single molecule force spectroscopy' che consente di studiare il comportamento di singole molecole sottoposte a stimoli meccanici. 

Negli ultimi tempi, questa linea di ricerca ha visto lo sviluppo anche nel nostro laboratorio della tecnologia force-clamp, tecnica di punta impiegata in pochi laboratori al mondo per la caratterizzazione della cinetica di unfolding e folding delle proteine sulla scala delle singole molecole.

3) Biosensori.

Questa linea di ricerca include lo sviluppo di strategie e protocolli per l'amplificazione e la lettura di segnali di riconoscimento molecolare tra acidi nucleici per individuazione di sequenze di DNA o di marker proteici a scopo diagnostico e analitico. Ove necessario, tecniche nanotecnologiche saranno impiegate per migliorare la qualità dell'analisi grazie alla creazione o distruzione di nanostrutture in seguito all'evento di riconoscimento molecolare di interesse.

In collaborazione con il Dipartimento di Elettronica Informatica e Sistemi dell'Università di Bologna, stiamo sviluppando interfacce sensibili, sistemi elettronici di misura e strategie biochimiche/nanotecnologiche di amplificazione del segnale chimico di riconoscimento sonda-analita per lo sviluppo di biosensori per applicazioni avanzate.